Lors de l'étude des modèles atomiques de Dalton, Thomson, Rutherford et Böhr, on constate que les atomes sont vus isolément. En réalité, cependant, même les microscopes les plus avancés ne sont pas capables de nous permettre de voir un atome isolé.
Cependant, avec le développement de la technologie, des machines ont été créées qui nous permettent de visualiser des taches colorées qui nous donnent l'emplacement de ces atomes dans le matériau étudié.
Le premier équipement qui nous a permis un tel exploit pour générer des images réelles de surfaces avec une résolution atomique était le Microscope Microscope à effet tunnel ou tout simplement Microscope à effet tunnel (STM). Il est alors possible de résoudre des surfaces à l'échelle atomique et de visualiser des images réelles d'atomes et de molécules à la surface d'un solide.
Le microscope à effet tunnel (STM) a été créé en 1981 par les scientifiques Gerd Binning et Heinrich Rohrer, d'IBM Zurich, qui ont fini par recevoir le prix Nobel de physique en 1986 pour cette découverte.
Son principe de fonctionnement est basé sur le principe de la mécanique quantique du double comportement de l'électron, c'est-à-dire qu'il peut se comporter tantôt comme une particule et tantôt comme une onde. Cela signifie que, en tant qu'onde, elle peut pénétrer dans des endroits qui, auparavant, selon la mécanique classique, seraient impossible et, de plus, peut creuser un tunnel à travers une barrière potentielle qui sépare classiquement deux régions. permis. Ainsi, ce n'est qu'avec la formulation de la mécanique quantique que ces avancées ont été possibles.
Ainsi, cette probabilité non nulle qu'a l'onde de franchir une barrière est un phénomène appelé tunneling ou tunneling.
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Une tension électrique est appliquée entre une aiguille en tungstène à pointe extrêmement fine et l'échantillon à analyser. Cette tension sert à augmenter la probabilité de transfert d'électrons. Parce que ce qui se passera, c'est que, lorsque l'aiguille se rapprochera de l'échantillon, les électrons de l'aiguille seront tunnelés dans l'échantillon.
Cette aiguille se déplace sur la surface du matériau, le balayant, et les électrons tunnelisés génèrent un petit courant électrique, qui est capté par le circuit de la machine, envoyant cette information à l'ordinateur, qui surveille la topographie des atomes à la surface de l'échantillon, c'est-à-dire enregistre leur relief (potentiel).
La force du courant dépend de la distance; et sa constance dépend de la variation de la distance entre la pointe de l'aiguille et l'échantillon.
Grâce à cette technique, plusieurs images atomiques de surfaces semi-conductrices ont déjà été enregistrées, ainsi que des molécules chimiquement adsorbées.
Les échantillons analysés doivent être conducteurs et, pour un meilleur résultat, doivent être effectués sous vide. Ils peuvent également être prélevés dans l'atmosphère, mais l'air peut rendre l'échantillon impur et compromettre l'image obtenue.
Grâce à l'invention de la STM, il est devenu possible non seulement de visualiser des atomes et des molécules, mais aussi de les mesurer et de les manipuler. Et cela a déclenché le développement d'une grande variété de microscopes à sonde à balayage (SPM).
Par Jennifer Fogaça
Diplômé en Chimie
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FOGAÇA, Jennifer Rocha Vargas. « Microscope à tunnel balayé (STM) »; École du Brésil. Disponible en: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/microscopio-tunelamento-com-varredura-stm.htm. Consulté le 27 juin 2021.
